1.本发明涉及海上氢气能源储运技术领域，具体涉及一种液氢运输船用氢气再液化方法及系统。
背景技术：2.公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.海上液氢通过大型液氢运输船进行大规模运输，由于液货舱热泄漏等问题，液氢在运输过程中会出现低温液氢气化的现象，产生氢气，随着氢气数量的增加，大量的氢气除了给液氢运输船提供能量之外，液货舱中的压力也将逐渐升高，过高的压力会对液氢运输船的安全产生危害，而全部燃烧或直接排空的话会造成能源浪费和经济损失，因此需要对氢气进行再液化回收。但液氢温度较低，液化难度较大，若采用传统方法液化，能耗过大，且装置工艺复杂，对液氢运输船的夹板空间需求较大，目前海上缺乏较为成熟的氢气再液化方式。
技术实现要素：4.为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种液氢运输船用氢气再液化方法及系统，具有海上适应性强、成本低、建造周期短、资金回收快等优点。
5.为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
6.一方面，一种液氢运输船用氢气再液化方法，利用仲-正氢转化催化剂将仲氢转化为正氢并释放冷量，利用释放的冷量对液氢气化后的氢气进行冷却再液化成液氢。
7.另一方面，一种液氢运输船用氢气再液化系统，包括：
8.第一液氢船舱，用于盛放以仲氢为主的液氢；
9.第二液氢船舱，用于盛放以正氢为主的液氢；
10.氢气再液化换热器，由换热管和壳组成的管壳换热器，管壳换热器内填充仲-正氢转化催化剂；
11.第一液氢船舱内的仲氢进入氢气再液化换热器，仲-正氢转化催化剂将仲氢转化为正氢并释放冷量，释放的冷量通过氢气再液化换热器将液氢气化后的氢气进行冷却再液化成液氢，转化后的正氢和再液化的液氢输入至第二液氢船舱。
12.本发明的有益效果为：
13.1、本发明提出的海上氢气再液化方法与系统，通过仲-正氢转化过程释放冷量，无需额外制冷量，大大降低能耗，提高氢气的液化率。
14.2、本发明提供的液氢运输船用氢气再液化方法所需的关键设备数量少，流程简单，维修投资小，使用寿命长，装置启动方便。
15.3、本发明提供的液氢运输船用氢气再液化系统中，氢气再液化换热器内部填充
仲-正氢转化催化剂，起到抑制液体回流的作用，内部流体抗晃荡能力较强，同时氢气再液化整体工艺流程简单，因此基于仲正氢转化的氢气再液化整体流程的抗晃荡能力比较强，海上适应性比较高。
16.4、本发明能够减少液氢运输船中的制冷设备数量，在有限的船舶夹板区域实现低温氢气的再液化。
17.5、本发明提前进行仲-正氢转化，可以减少岸上液氢气化所需的热量、工艺和设备，降低气化成本。
附图说明
18.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
19.图1为本发明实施例的基于仲正氢转化的氢气再液化整体流程图；
20.图2为本发明实施例的氢气再液化换热器结构图；
21.其中，1、仲氢为主的液氢船舱，2、正氢为主的液氢船舱，3、氢气再液化换热器，4、正氢为主的气相管侧入口，5、氢气再液化换热器管侧，6、氢气再液化换热器壳侧，7、壳侧的仲-正氢转化催化剂，8、正氢为主的液相壳侧入口，9、仲氢为主的气相管侧入口，10、管侧的仲-正氢转化催化剂，11、正氢为主的液相管侧出口，12、正氢为主的液相壳侧出口。
具体实施方式
22.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
23.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
24.正如背景技术所介绍的，目前缺少应用于大型液氢运输船舶的氢气再液化系统，采用传统制冷方式所需冷量较大，且工艺装置复杂，所占夹板面积较大。为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种液氢运输船用氢气再液化方法及系统。
25.本发明的一种典型实施方式，提供了一种液氢运输船用氢气再液化方法，利用仲-正氢转化催化剂将仲氢转化为正氢并释放冷量，利用释放的冷量对液氢气化后的氢气进行冷却再液化成液氢。
26.氢有正氢与仲氢两种不同的形式，正-仲氢的平衡组成与温度有关，低温液化状态下仲氢含量较高，仲氢转化为正氢过程中释放冷量。本发明直接利用仲氢转化为正氢过程中释放冷量，不仅减少海上氢气再液化的关键设备，而且能够降低能耗，提高氢气的液化率。
27.在一些实施例中，仲氢转化为正氢与氢气再液化为逆流间接换热。增加冷量的利用率，降低能耗。
28.在一些实施例中，以仲氢为主的液氢源内气化产生的氢气在冷却过程中，氢气与
仲-正氢转化催化剂接触。以仲氢为主的液氢源内气化产生的氢气在溢出的过程中会携带仲氢小液珠，与仲-正氢转化催化剂接触后，仲氢小液珠转化为正氢也会释放冷量，从而提高冷量的利用效率，降低能耗。
29.在一些实施例中，冷却在氢气再液化换热器中进行，所述氢气再液化换热器由换热管和壳组成的管壳换热器，管壳换热器内填充仲-正氢转化催化剂。
30.在一种或多种实施例中，所述换热管为三通管，三通管的三个管口分别设置为正氢为主的气相管侧入口、仲氢为主的气相管侧入口、正氢为主的液相管侧出口，仲氢为主的气相管侧入口内填充仲-正氢转化催化剂。
31.在一种或多种实施例中，壳内填充仲-正氢转化催化剂，壳一侧的上方设置正氢为主的液相壳侧入口，壳另一侧的上方设置正氢为主的液相壳侧出口。提高仲氢在壳内的停留时间，保证仲氢充分转化为正氢，提高冷量释放量，同时提高冷量的利用效率，降低能耗。
32.本发明的另一种实施方式，提供了一种液氢运输船用氢气再液化系统，包括：
33.第一液氢船舱，用于盛放以仲氢为主的液氢；
34.第二液氢船舱，用于盛放以正氢为主的液氢；
35.氢气再液化换热器，由换热管和壳组成的管壳换热器，管壳换热器内填充仲-正氢转化催化剂；
36.第一液氢船舱内的仲氢进入氢气再液化换热器，仲-正氢转化催化剂将仲氢转化为正氢并释放冷量，释放的冷量通过氢气再液化换热器将液氢气化后的氢气进行冷却再液化成液氢，转化后的正氢和再液化的液氢输入至第二液氢船舱。
37.在一些实施例中，氢气再液化换热器中，换热管为三通管，三通管的三个管口分别设置为正氢为主的气相管侧入口、仲氢为主的气相管侧入口、正氢为主的液相管侧出口，仲氢为主的气相管侧入口内填充仲-正氢转化催化剂。
38.在一种或多种实施例中，第一液氢船舱的气相出口连接仲氢为主的气相管侧入口。
39.在一种或多种实施例中，第二液氢船舱的气相出口连接正氢为主的气相管侧入口。
40.在一种或多种实施例中，正氢为主的液相管侧出口连接第二液氢船舱的液相进口。
41.在一些实施例中，氢气再液化换热器中，壳内填充仲-正氢转化催化剂，壳一侧的上方设置正氢为主的液相壳侧入口，壳另一侧的上方设置正氢为主的液相壳侧出口。提高仲氢在壳内的停留时间，保证仲氢充分转化为正氢，提高冷量释放量，同时提高冷量的利用效率，降低能耗。
42.在一种或多种实施例中，第一液氢船舱的液相出口连接正氢为主的液相壳侧入口。
43.在一种或多种实施例中，第二液氢船舱的液相进口连接正氢为主的液相壳侧出口。
44.在一些实施例中，第一液氢船舱内设置液氢潜液泵，液氢潜液泵的出口连接氢气再液化换热器的壳侧进口。
45.为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具
体的实施例详细说明本发明的技术方案。
46.实施例
47.一种液氢运输船用氢气再液化系统，如图1所示，包括第一液氢船舱1、第二液氢船舱2和氢气再液化换热器3。
48.氢气再液化换热器3，如图2所示，为管壳式换热器，由氢气再液化换热管5和氢气再液化换热壳6组成。氢气再液化换热管5为三通管，三个管口分别为正氢为主的气相管侧入口4、仲氢为主的气相管侧入口9、正氢为主的液相管侧出口11。仲氢为主的气相管侧入口9所在支管内填充管侧的仲-正氢转化催化剂10。氢气再液化换热壳6内填充壳侧的仲-正氢转化催化剂7。氢气再液化换热壳6一侧的上方设置正氢为主的液相壳侧入口8，氢气再液化换热壳6另一侧的上方设置正氢为主的液相壳侧出口12。
49.第一液氢船舱1内设置液氢潜液泵，液氢潜液泵的出口作为第一液氢船舱1的液相出口，液氢潜液泵的出口连接正氢为主的液相壳侧入口8。第一液氢船舱1的气相出口连接仲氢为主的气相管侧入口9。第二液氢船舱2的气相出口连接正氢为主的气相管侧入口4。正氢为主的液相管侧出口11、正氢为主的液相壳侧出口12均连接第二液氢船舱2的液相进口。
50.大型液氢运输船受船舱漏热等因素的影响，仲氢为主的液氢船舱内液氢气化变成氢气，通过仲氢为主的气相管侧入口，进入氢气再液化换热器。
51.在基于仲正氢转化的氢气再液化换热器管侧中，通过仲-正氢转化释放冷量，并与壳侧的低温流体换热，将气化后的低温氢气再液化。在仲-正氢转化、降温液化后，通过正氢为主的液相管侧出口，进入以正氢为主的液氢船舱。
52.在仲氢为主的液氢船舱内，没有发生气化的液氢，通过液氢潜液泵增压，进入仲氢为主的液相壳侧入口，作为氢气再液化换热器的冷源。在换热器壳侧内部填充仲正氢转化催化剂，通过液氢自身的仲正氢转化过程，为管侧内的流体提供冷量。
53.正氢为主的液氢船舱中的液氢容易气化，气化后一部分为船舶提供能量，一部分通过正氢为主的气相管侧入口，进入氢气再液化换热器管侧再液化，通过正氢为主的液相管侧出口，再次进入正氢为主的液氢船舱。
54.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种液氢运输船用氢气再液化方法，其特征是，利用仲-正氢转化催化剂将仲氢转化为正氢并释放冷量，利用释放的冷量对液氢气化后的氢气进行冷却再液化成液氢。2.如权利要求1所述的液氢运输船用氢气再液化方法，其特征是，仲氢转化为正氢与氢气再液化为逆流间接换热。3.如权利要求1所述的液氢运输船用氢气再液化方法，其特征是，以仲氢为主的液氢源内气化产生的氢气在冷却过程中，氢气与仲-正氢转化催化剂接触。4.一种液氢运输船用氢气再液化系统，其特征是，包括：第一液氢船舱，用于盛放以仲氢为主的液氢；第二液氢船舱，用于盛放以正氢为主的液氢；氢气再液化换热器，由换热管和壳组成的管壳换热器，管壳换热器内填充仲-正氢转化催化剂；第一液氢船舱内的仲氢进入氢气再液化换热器，仲-正氢转化催化剂将仲氢转化为正氢并释放冷量，释放的冷量通过氢气再液化换热器将液氢气化后的氢气进行冷却再液化成液氢，转化后的正氢和再液化的液氢输入至第二液氢船舱。5.如权利要求4所述的液氢运输船用氢气再液化系统，其特征是，气再液化换热器中，换热管为三通管，三通管的三个管口分别设置为正氢为主的气相管侧入口、仲氢为主的气相管侧入口、正氢为主的液相管侧出口，仲氢为主的气相管侧入口内填充仲-正氢转化催化剂。6.如权利要求5所述的液氢运输船用氢气再液化系统，其特征是，第一液氢船舱的气相出口连接仲氢为主的气相管侧入口；或，第二液氢船舱的气相出口连接正氢为主的气相管侧入口。7.如权利要求5所述的液氢运输船用氢气再液化系统，其特征是，正氢为主的液相管侧出口连接第二液氢船舱的液相进口。8.如权利要求4所述的液氢运输船用氢气再液化系统，其特征是，氢气再液化换热器中，壳内填充仲-正氢转化催化剂，壳一侧的上方设置正氢为主的液相壳侧入口，壳另一侧的上方设置正氢为主的液相壳侧出口。9.如权利要求8所述的液氢运输船用氢气再液化系统，其特征是，第一液氢船舱的液相出口连接正氢为主的液相壳侧入口；或，第二液氢船舱的液相进口连接正氢为主的液相壳侧出口。10.如权利要求4所述的液氢运输船用氢气再液化系统，其特征是，第一液氢船舱内设置液氢潜液泵，液氢潜液泵的出口连接氢气再液化换热器的壳侧进口。
技术总结本发明涉及海上氢气能源储运技术领域，具体涉及一种液氢运输船用氢气再液化方法及系统。方法为：利用仲-正氢转化催化剂将仲氢转化为正氢并释放冷量，利用释放的冷量对液氢气化后的氢气进行冷却再液化成液氢。系统包括第一液氢船舱、第二液氢船舱、氢气再液化换热器，氢气再液化换热器由换热管和壳组成的管壳换热器，管壳换热器内填充仲-正氢转化催化剂；第一液氢船舱内的仲氢进入氢气再液化换热器，仲-正氢转化催化剂将仲氢转化为正氢并释放冷量，释放的冷量通过氢气再液化换热器将液氢气化后的氢气进行冷却再液化成液氢，转化后的正氢和再液化的液氢输入至第二液氢船舱。本发明具有海上适应性强、成本低、建造周期短、资金回收快等优点。快等优点。快等优点。
技术研发人员：孙崇正 李玉星 樊欣 韩辉 朱建鲁 刘翠伟 刘亮 耿宵义 苏正雄
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2022.07.25
技术公布日：2022/11/1
